Evaluación de modelos estático y dinámico, para colectores solares de aire de placas planas, en sistemas de convección natural.

Abstract

En este trabajo se evaluaron dos modelos matemáticos para simular el funcionamiento de un colector solar de aire de placas planas. El primer modelo se denominó estático y se caracteriza por no considerar los efectos del almacenamiento de calor, ni el flujo de calor por conducción en los elementos del sistema, para implementar este modelo, se planteó una sistemas de ecuaciones no lineales, resuelto de forma numérica a través del método de Newton, mientras que el segundo modelo denominado dinámico, que si considera dichos efectos, fue planteado y resuelto de forma explícita. Para la validación de los modelos, se construyó un colector solar de aire de placas planas, al que posteriormente le fue implementado un sistema de adquisición de datos, con el propósito de registrar parámetros de funcionamiento del colector, tales como: flujo de aire en el interior del colector, temperatura de la cubierta posterior del colector, datos ambientales locales, como: temperatura ambiental, radiación solar y velocidad de viento, medidos un día de verano entre las 8:00 y las 22:00 h, además de datos constructivos y propiedades de los materiales del colector. Para la evaluación de los modelos, se empleó como parámetro de comparación la temperatura de salida del aire y la eficiencia del colector, en específico, se comparó la información proporcionada por los modelos, con los datos experimentales de temperatura del fluido, registrados a la salida del colector y eficiencia experimental del sistema. La evaluación de los modelos, arrojó como resultado que el modelo de mejor desempeño es el dinámico con un valor de raíz del error cuadrado medio (RMSE) de 3,5 ºC, para la temperatura de salida del fluido y de 3,8 %, para la eficiencia del colector, mientras que el modelo estático presentó un RMSE de 5,3 °C para la temperatura de salida del fluido y 4,5 % para la eficiencia.